一、芯片简介
9 V$ T" Q; j, O: N( `% D& j
( r, ?1 q2 }) _
% y; t$ i/ |* ?
1.家族
6 Q6 @: _* F" j: i! ]* `. ASTM32：32代表32位MCU，有32根地址线，可以寻找4GB的地址
7 n: o/ f' g- N
2 |4 i* M5 @6 I1 f0 p- ^9 R9 CSTC15单片机是8位CPU，地址以16进制表示:0x_ _ ;
STM32: 0x_ _ _ _ _ _ _ _
. a; m5 ]( J* z( v
0 Q4 ]! D0 H1 M容量为 2^32 = 4,294,967,296 ≈ 4×10^9 (其中 1GB = 10^9)
% k' J2 h: P0 A$ g6 R/ o5 O
2.产品类别
G: 支持DSP和FPU指令的可适用信号应用

8 x, W- Y+ W2 Y) J: P像正点原子的F4，F：基础型，通用型
# ?* m/ A# a. i* d
3.特点功能
' k/ D0 _0 U$ K& u$ ]) N103 : STM32基础型
407：高性能，带DSP和FPU
# a" i0 @, o9 ]% X431: 未知

0 z. b0 J7 V$ a5 c& F7 x8 F  Z4.引脚数
R : 64位引脚
$ W/ k  M2 N' V3 w
2 b, f0 }; q% i6 z9 ~) i! Q1 F# l% {5.闪存容量
B: 128K

6.封装
T：QFP封装
8 ~' j% V( c0 F: t) b
0 @0 O  o$ t5 J1 f8 E/ C二、Cortex-M内核
整个芯片的组成
+ O: D! d/ b$ r1 ~" T: v

) t0 Q6 t  r, h% ]# v/ B: b
芯片由两大部分组成的：Cortex-M内核（ARM公司设计的部分） + 外设资源（芯片制造商设计的部分）

" m! M2 L8 R2 W

2 z+ D: s  d9 V. E3 [5 G
2 D$ g5 ^, x1 MCortex-M家族有一系列的处理器，STM32F103内部使用的是Cortex-M3内核，STM32G431内部使用的是Cortex-M4内核，M4比M3多了DSP信号处理和FPU浮点运算单元
. [% ^* ~- I. l1 b$ Z! U! O1 q2 k
M3内核架构简化视图
: [; x9 H+ l: u; }
6 T8 _5 ?' W4 [, X! [5 U7 V0 A

' y' G; D/ M* n5 @' {NVIC：向量中断控制器，负责中断控制以及中断处理事务
/ |" i! s3 x9 P5 J- S& \
) i1 h9 ]% V$ X% @" G) Q8 D8 R取指令单元：取指执行，通过总线将程序从程序存储器（128K闪存）取出，交给解码器

& j* `) ]; V* ?* L% B9 q: m& `解码器：指令解码

ALU: 算术逻辑单元, 是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，由"And Gate"（与门） 和"Or Gate"（或门）构成的算术逻辑单元，主要功能是进行二位元的算术运算
2 J' p2 b% Z' D5 B) ~
自带追踪接口和调试系统

+ N# y% I9 r9 }5 U% W  K存储逻辑运算的结果放在寄存器组中



0 T6 f( |. A1 o% M想要深入学习寄存器组的作用，参考这一篇：M3/M4内核基础

三、芯片内部结构
1.外设资源
6 D) f7 t% u6 b% _STM32G4系列控制器参考手册：查看开发板外设的资源和资源的数量

5 K) \1 @0 |' [
; o5 e! P3 G1 Q8 H5 P& N. L






. r$ _: h6 F3 D3 \' \, J" W; K2 u
2.内部模块框图
9 M) i: u$ S! U2 d- RSTM32G431RB数据手册：查看外设所对应的时钟总线
9 [9 f# e( U* v+ H) `& j

( b9 s8 e% H* t& Y- E& `
) m; e6 l8 \5 j" U: [0 l7 T/ L7 y6 zGPIO(A-G) : 挂载在AHB2时钟总线上
5 ~; a, G2 L% _2 J) w1 u定时器1，8，15，16，17 ： APB2
定时器2，3，4，I2C: APB1
3 z% \0 m8 r/ R1 JAHB1分为 APB1和APB2时钟总线

' `% j3 e; ^+ z: ]& s! H
" A% R6 v" I4 _  u; t8 C
' {. q( s8 e' u& n- N4 q3.时钟树
% v' t/ H" L5 n3 ^- VSTM32G4系列微控制器参考手册： 查看时钟树

( N0 @4 t! w1 s' Q5 q) R1 d4 F

时钟树：

4 |0 Z8 C! y" Z3 k7 E' F
& P; ^2 |) I5 X; z0 {$ U4 i. ]
% R/ l2 ~, M. Y, T2 p9 p3 NSTM32的时钟源主要有： 内部时钟、外部时钟、锁相环倍频输出时钟。内部时钟、外部时钟又分为告诉高速、低速时钟

( s; q6 v8 }$ u4 w; k, M系统时钟有三种来源：高速外部时钟(4-48Mhz)，高速内部时钟(16 Mhz), PLL锁相环倍频输出时钟
1 \* l% F5 J3 F5 ~
PLL锁相环时钟来源有两种HSE和HSI，经过倍频输出


" _1 B: c! p; E  c) E2 g& i
* W. L7 k" v6 v6 kOSC_IN 和OSC_OUT对应PF0,PF1时钟输入引脚
! v" H$ u, j/ _& B, L2 @- C
配置时钟：
; R0 ?2 U8 {/ v5 M9 X
1.在CubeMX中配置RCC选择外部时钟HSE,对应引脚起作用
( n' U( u& O3 F5 h5 M
1 ]- U( z7 S4 Q) w+ _: C

2.倍频设置
, f& O8 z% n; S& Z


将外部时钟设置为24Mhz，经过三分频变为8Mhz, 经过锁相环乘20除以2，变为80Mhz, 将系统时钟来源选择PLLCLK , 系统时钟就是80Mhz, 再一分频得到AHB总线时钟，最终得到外设时钟。
/ W  k; ~  x; @- ^" o
对应代码
6 j5 I7 W0 `- |% M3 _1 b* o

1. void SystemClock_Config(void)
   ) a& Y0 X" Z- i, K/ c  m
2. {
   3 J3 L( d: o6 p  H! O. s- P( V
3.   RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
   4 [# z. [+ j: ^
4.   RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
   + \4 I& {2 ?0 j4 ?
5. 
   
6.   /** Configure the main internal regulator output voltage
   . b2 M( p2 B7 c& p7 P
7.   */
   
8.   HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
   5 v6 K' b% Y) T9 c$ `& U
9.   /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
     v5 P2 n9 Y+ Y1 i
10.   * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
    
11.   */
    
12.   RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; // 选择来源
    * W5 J5 x/ S+ \- R. C* J1 @
13.   RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; // 开启时钟
    9 ?$ Y4 S3 l+ c/ h9 s* A. S
14.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    
15.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
      g1 L" U3 ?7 v! d
16.   // 倍频设置
    ) n# {- x* A3 A# D" d8 H, g
17.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = RCC_PLLM_DIV3;
    " @7 Q/ ?. V  F) E+ N4 l
18.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20;
    ' o2 k- \7 U( a4 a$ d
19.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    ! E) N5 N$ r. ^/ H
20.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
    
21.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
    
22.   if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    " @1 {0 b6 x8 G' h, P8 f/ O. ^
23.   {
    
24.     Error_Handler();
    
25.   }
    * i' D4 t, e( {2 E* n
26.   /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
    - f7 ]% c6 h7 W" l
27.   */
    " k2 K- s2 |, Q
28.   // 由系统时钟得到对应总线的时钟
    
29.   RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
    / n* |" D3 m1 O
30.                               |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    
31.   RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    
32.   RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    
33.   RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    
34.   RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    6 d. b( d. v* Y: M. f
35. 
    
36.   if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
    
37.   {
    + y, j# V5 w$ W9 N% H
38.     Error_Handler();
    * r' x7 P6 k8 o- S0 R
39.   }
    ! L' J" D7 e% N9 [5 L2 J, _
40. }

复制代码

在STM32G431内部结构中，各个模块都是通过总线相连接。Cortex-M4内核相当于心脏，最高频率可达170MHz，它通过总线AHB进行数据交换，AHB分为AHB1和AHB2，AHB1又分为APB1和APB2
5 n9 S) t) E, x) x7 e) G9 P

- Z! ?+ f5 x- S6 {. k  ^
4.存储空间
查看内存映射地址：STM32G4系列微控制器参考手册

0 U% r5 S0 e! G. y3 l% Y0 s

8 }- {1 o8 N; Z2 X) t6 N$ {; X( W内存映射:
" @$ J+ Z7 u8 t$ |9 z  C
+ H3 L& `: e0 e
( z" L, C: k6 E  G6 g& L# d
内存映射分左、右两侧, 左侧是各个资源地址的大致分化，右侧是对左侧的细化
(1)Flash（闪存）
Flash：程序存储器，存储代码的地方 起始地址：0x0800 0000
9 v4 F+ r, {0 k" a; [! [1 u2 w- E
从地址 0x0800 0000 到 0x0808 0000 ，( 8 0000 )16进制 = ( 524288 )10进制，Flash memory被分配到的空间有 524KB 大小，远大于它本身的 128KB
* {- C  }* }, `5 W
(2)RAM
RAM: 随机存储器，用于存储数据 ，起始地址：0x2000 0000
1 W& e( G8 X# H! W2 }- |+ n
. K' i  y; @) e' |RAM分为：SRAM和DRAM
0 ^( p! C3 j& W, Y
* P$ n( W6 @# `+ F, V; q6 \& ]1.SRAM：静态RAM（S指的static），静态指的不需要刷新电路，数据不会丢失，SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备
, A2 `! u0 ^) C6 v, p
. x& e  D5 g) M) d- k0 j2.DRAM：动态RAM（D指的dynamic），动态指的每隔一段时间就要刷新一次数据，才能保存数据，速度也比SRAM慢，不过它比任何的ROM都要快

(3)外设
外设：APB1、APB2、AHB1、AHB2 起始地址：0x4000 0000

小结：
7 H7 e' J8 I2 c% h( R' a
外设起始地址为 0x4000 0000
! E- v; z5 ~* wSRAM起始地址为 0x2000 0000
9 m5 o, I3 {% n( dFlash起始地址为 0x0800 0000

详细的外设地址（在上一页的下一页）
( _2 @: @$ I( w& v& B! J

8 D* N( V! f( d) J# C% }
5 p4 I  p5 s3 j9 ?: p( b, H可以依据蓝色字体查看外设对应寄存器分配地址
5 g& J0 V5 R% X: I- n; n( h

; x# J' ]0 l7 K) N& Z
5 S) P, K$ K6 @3 y四、BOOT启动
STM32上电启动后，程序代码从最底层地址0x0000 0000 开始运行

; l& @$ b, |8 A2 [

, |' B# N! f# {; i3 n! q( F* ^+ K前面知道代码存储在 Flash地址0x0800 0000 中，如何让 0x0000 0000 运行的是 0x0800 0000 中的代码？ 存储器地址重映射: 将 0x0800 0000 中的代码映射到 0x0000 0000 中
9 I+ L* U/ r7 F  e) L1 Q! j. f8 v+ R
映射还可以将SRAM, System memory 等地址映射到0X0000 0000处

6 V/ E7 Y+ }% h1 g5 P" T

- D/ z9 b% A: g. k映射方式的选择由BOOT1,BOOT0决定

3 f& f; `" g4 o. s
: J- d$ }% r5 r
, K1 m: h! |, H" Y" USTM32G431由于BOOT0接地，所以采用的是从flash启动



所以，单片机程序执行顺序
: L9 k8 Q. k" v: B, m9 Q

# t# i9 b3 e; i, r4 T
  Z3 j' ]9 z( T9 d/ B0 g  B
  _2 P& q  @. _, ^# ~: x
中断向量表: 嵌套向量中断控制器(Nested Vectored Interrupt Controller),STM32向量中断统一由NVIC管理， NVIC的核心功能：中断优先级分组、中断优先级的配置、读中断请求标志、清除中断请求标志、使能中断、清除中断等，外部中断信号从核外发出，信号最终要传递到NVIC(嵌套向量中断控制器)。NVIC跟内核紧密耦合，它控制着整个芯片中断的相关功能



DCD表示开辟一个字空间，后边的为函数名称，函数入口地址
2 F. c  S/ B9 V7 I0 X: [0 h
1 ?1 j, c  ?  z. L* K1.存储堆栈指针位置：先获取堆栈指针位置，告诉CPU，中间变量存储再SRAM中, 从下图可以看到首先获取堆栈指针，然后就跳转到复位中断函数


5 X+ h3 I% f5 P2 k6 [0 j# O
7 f" a: E) i1 b注：按照目录的排列顺序进行检索，并执行目录中地址所指向的函数

2.复位中断函数入口地址：CPU执行到这里，下一步跳转到复位中断函数
中断复位服务函数

3.复位中断函数：CPU执行到这，先配置时钟，再跳转到主函数
* N) }' f, j5 j3 g9 B$ o+ p
; C8 U; y1 v0 I

1 M* X. G9 b/ h" g' F* @在调用main函数之前先完成了时钟的初始化，再调用main的

/ e/ {, c7 a8 N: V( y& F% F4.主函数区域：执行主函数，进入while大循环
" F/ R3 N- h+ M$ G( @! c
' r  D. b; d0 D* r6 B5.其他中断函数入口地址：发生中断后，中断位置自动激发，告诉CPU中断入口地址，CPU去执行中断
" E, d% A2 g; `* {# e( s
2 N' W- x  D2 ~所以，在启动文件执行的时候，内核和每个外设的中断服务函数的地址都是已经确定好的，地址就存放在中断向量表中，而且在启动文件里面已经写好了中断服务函数，只是这些中断服务函数为空，而且带[weak]弱定义



那么需要在C文件里面重新实现这个中断服务函数，用户写这个中断服务函数的时候，函数名必须跟启动文件里面写的中断函数名对应，因为函数名对应的就是中断服务函数的地址，如果中断服务函数名和启动文件的名字不一样，就默认启动文件里面预先写好的空的中断服务函数，而且是一个死循环，程序就会一直卡死在中断服务函数里面

五、库介绍
1.HAL库：ST官方推崇的新编程库；HAL是Hardware Abstraction Layer的缩写，中文名：硬件抽象层。HAL库是ST为STM32最新推出的抽象层嵌入式软件，可以更好的确保跨STM32产品的最大可移植性。HAL使用了比较大的Flash和SRAM。

+ w: d8 E/ K' i' W2.LL库（Low Layer）：ST最近新增的库，与HAL捆绑发布，文档也是和HAL文档在一起的LL库更接近硬件层，对需要复杂上层协议栈的外设不适用，直接操作寄存器。其支持所有外设。使用方法：独立使用，该库完全独立实现，可以完全抛开HAL库，只用LL库编程完成。在使STM32CubeMX生成项目时，直接选LL库即可。如果使用了复杂的外设，例如USB，则会调用HAL库混合使用，和HAL库结合使用。编译后LL库只有HAL库的33%体积。

- h" O" O  ^) T" k# g. t/ e3.标准固件库：旧版本编程库；HAL库是ST未来主推的库，从前年开始ST新出的芯片已经没有STD库了
+ [5 U$ b+ ?. V0 b9 X
4.寄存器编程：原始底层编程。HAL库和标准库就是ST官方对寄存器编程进行人性化封装后的产物
$ k  v; f3 E9 J& g+ _
六、编译过程





1.将 .c 文件编译和 .s 文件汇编，生成 .o 目标文件
: D, J- K. l/ J& l/ E
6 c& b: B# s1 q  ~. n! l2.将 .o 对象文件和内存映射规范文件 通过连接器 生成可执行映像文件。MDK是生成 .axf 可执行文件
/ G/ A% w* `1 M( ~5 h- i
3.通过闪存编程器将可执行映像文件下载到芯片的Flash中


2 M0 ]2 a& i9 V. e. u& P7 P
+ n7 q! _9 C* X7 u3 o: Y8 x